Los investigadores desarrollaron animales de laboratorio que carecen de casi todo su córtex cerebral, y luego llenaron esas áreas vacías con células cerebrales humanas en su lugar. Estos modelos vivos se están utilizando para estudiar enfermedades que destruyen el tejido nervioso, según un informe en Nature.
Los investigadores utilizan la ingeniería genética para crear ratones que carecen de la mayor parte de su capa externa del cerebro. Luego, implantan grupos de neuronas humanas cultivadas en laboratorio en estos animales, conectando muchas más células humanas de lo que permitían los intentos anteriores. El resultado es un ratón que lleva un parche humanizado del córtex, y el campo ahora se pregunta qué sigue.
Creando espacio para neuronas humanas
Las células cerebrales humanas tardan al menos 20 veces más en desarrollarse que las células de ratón. Los esfuerzos anteriores revelaron que las neuronas del ratón construían una red rápida mientras que las células humanas se quedaban atrás, incapaces de seguir el ritmo. Cuando las células humanas finalmente alcanzaron unos pocos milímetros, las células del ratón ya habían formado la mayoría de sus conexiones, y el desarrollo cerebral había terminado.
Pașca dice que el nuevo método resuelve el problema al eliminar regiones particulares del cerebro del ratón. «Pensamos que podríamos proporcionar a las células humanas más oportunidades para conectarse al eliminar partes del sistema nervioso del ratón de una manera muy precisa y muy limpia», descubrieron los investigadores que los roedores permanecían sorprendentemente capaces incluso después de perder la mitad de su volumen cerebral. Se movían bien, aunque tenían problemas con las pruebas de memoria.
Un ratón de laboratorio más parecido a un humano
Un rápido procedimiento quirúrgico vio la inserción de pequeños grupos de neuronas humanas en los cerebros vacíos de los ratones. Las células comenzaron a dividirse y expandirse en pocos días. A lo largo de unas semanas o meses, crecieron, se vascularizaron y vinieron a ocupar el espacio que había estado allí.
Los animales cuyos cerebros estaban abultados con neuronas humanas se desempeñaron mejor en las pruebas de memoria y en las actividades sociales en comparación con el grupo de control, que había sido desprovisto de sus propias neuronas. Gran parte de lo que faltaba en los ratones desprovistos parecía regresar en aquellos que llevaban las células corticales humanas, según Pașca.
Los ratones humanizados y los ratones normales mostraron diferencias claras cuando fueron sometidos a pruebas. Cuando se les cortó el suministro de oxígeno al cerebro, los ratones humanizados tuvieron dificultades para caminar. Los ratones normales pueden sobrevivir mucho mejor en condiciones de bajo oxígeno. Según Pașca, esta respuesta similar a la humana apunta a que los ratones alterados podrían servir como mejores modelos para trastornos cerebrales relacionados con la falta de oxígeno, incluyendo parálisis cerebral, discapacidad intelectual y encefalopatías epilépticas.
Lo que el modelo aún no puede hacer
Los ratones resultantes aún carecen de otros tipos importantes de células cerebrales, que los investigadores deliberadamente no añadieron. Sus neuronas humanas no forman una corteza cerebral típica. «La corteza generalmente está bellamente organizada en capas. Pero aquí, cuando ponemos las células, no saben dónde está realmente arriba y abajo», dice Pașca. «No logran organizarse a mayor escala».
El modelo es más adecuado para ciertas enfermedades que comienzan en las primeras etapas del desarrollo humano, debido al crecimiento con ritmo humano de las neuronas implantadas. «Resulta que el momento del desarrollo está bien conservado… incluso cuando los ponemos en un animal que se está desarrollando más rápido», dice.
| Característica | Ratón humanizado | Ratón normal |
|---|---|---|
| Células cerebrales presentes | Neuronas humanas | Neuronas de ratón |
| Organización de la corteza | Capas desorganizadas | Capas organizadas ) |
| Rendimiento de la memoria ) | Mejorado ) | Inalterado ) |
| Respuesta a bajos niveles de oxígeno ) | Dificultad para caminar ) | Resiliente ) |
Los éticos preguntan: ¿Qué sigue? )
El autor principal del estudio de NPR dice que el trabajo avanzó con una supervisión estricta y hace avanzar el conocimiento científico. Expertos independientes coinciden en que la tecnología es poderosa, aunque plantean preguntas sobre su posible dirección. )
«Es realmente una tecnología poderosa para estudiar neuronas humanas y cómo los circuitos cerebrales humanos pueden formarse en un entorno más natural» que un plato de Petri, dice Hongkui Zeng, vicepresidente ejecutivo y director de ciencia cerebral en el Allen Institute en Seattle, Washington, que no estaba afiliado con el estudio. Agregó que «de cara al futuro, habrá algunas consideraciones, si no preocupaciones», como las implicaciones de desplegar esta técnica en animales más grandes y de mayor duración de vida. )
Nita Farahany, profesora de derecho y filosofía en Duke Law, trabajó como asesora en el proyecto. Dice que algunas de las limitaciones del modelo provienen de decisiones éticas deliberadas tomadas por los investigadores. )
«Esperemos que sea increíblemente poderoso para abordar preguntas de enfermedades y desarrollar terapias.» )
Los investigadores aclaran que este no es un transplante cerebral completo. Extrajeron aproximadamente 14 millones de células nerviosas de ratón y colocaron aproximadamente 4 millones de células nerviosas de capa superficial humana cultivadas en laboratorio. Las células nerviosas humanas no se desarrollan en un cerebro externo estándar, y el diseño es más adecuado para condiciones que comienzan durante el crecimiento humano temprano.
El progreso rápido define este campo, y con cada avance surge una nueva indagación. En la actualidad, los modelos vivos mismos sirven como demostración: criaturas que caminan, recuerdan y responden a la privación de oxígeno de maneras que reflejan las condiciones del cerebro humano.
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